三峡工程近期下游引航道口门区泥沙淤积分析研究

对三峡工程运行初期下游引航道泥沙淤积机理及口门区泥沙淤积量计算方法进行了探讨.研究成果表明,在下游引航道口门附近,存在竖轴回流,产生回流淤积,在回流以内的港渠存在异重流,产生异重流淤积.口门区的回流泥沙淤积量与回流长度、水深、纵向平均流速、含沙量、历时等因素有关,可采用谢鉴衡公式计算下游引航道口门区泥沙年淤积量,并对公式中涉及的回流长度等关键参数给定了计算方法及数值,回流泥沙淤积量计算值与实测值进行了对比,两者较为一致.     

三峡工程大江截流实况及其分析

三峡大江截流实况表明，在大流量、深水、低速河道中，采用平抛垫底、宽戗堤、降低戗堤水面以上高度，采用级配较均匀、连续的石渣及块石，全断面均匀抛投进占等是合理的，实现了安全截流。抛填水深、最大日及小时抛投强度的均居世界首位，创下了单戗立堵截汉施工中上、下游围堰戗堤同一日合成     

截流戗堤单向进占的局部冲刷三维数值模拟

戗堤截流主要在河道截流和堤坝溃口封堵等水利和防洪减灾工程中得到应用,戗堤周围的水力冲刷直接影响工程的安全性。由于戗堤进占过程表现出较强的三维非恒定性,因此目前采用三维数值模型全面细致地模拟进占过程中戗堤周围的三维水流结构和冲刷特性较少。该文基于有限体积法和非结构化的计算网格构建了以水动力学模型、泥沙冲淤和河床变形方程为基础的三维局部冲刷数值模型,从室内明渠截流工程实验中得到的龙口平均流速、上下游水位落差、底床切应力分布与地形变化的关系等结果验证了数值模型的可靠性。利用该数值模型模拟了截流戗堤单向进占方式下不同进占长度时戗堤附近和龙口处的三维水流特性,以及戗堤周围局部冲刷地形的发展。通过分析水流特性与冲刷坑发展的关系,阐述了戗堤周围局部冲刷的物理成因。研究结果表明:涡旋和下潜水流是戗堤附近河床剧烈淘刷的主要原因;单向进占时戗堤对水流具有偏移效应;在初始阶段,冲刷趋势表现为沿堤头的上游至裹头下游形成的斜向轴线冲刷;在冲刷发展过程中,龙口中部出现泥沙淤积,主要冲刷区位于戗堤和裹头绕流后的底床。研究成果进一步表明数值仿真技术可应用于工程截流实践中,能预测截流中可能出现严重堤脚淘刷的位置与趋势。     

龙口下游水深对截流难度的影响

葛洲坝和三峡水利枢纽工程,其截流水力学指标在当时国内甚至国际截流史上都是前所未有的,认为这与龙口下游较大的水深有关.试验研究结果显示,龙口下游水深 ht 与龙口上下游落差z有密切关系,ht的增大可使相对落差z/ht明显减小,z/ht的减小有利于抛料在戗堤前沿冲刷面的稳定;同时,龙口下游水深的增加,能有效降低河槽底部流速和垂线平均流速,而抛石重量对流速的变化非常敏感,流速的降低,可使抛石重量大大降低,从而降低截流难度.     

三峡工程大江截流和二期围堰施工

长江三峡工程大江截流在１９９７年１１月进行，取得了成功。截流方案曾比较了上游单戗立堵和浮桥平堵两种，最后确定采用“上游横向围堰背水侧截流戗堤单戗双向立堵，下游戗堤尾随，预平抛垫底”的截流施工方案。实施中首先对河床高程低于４０ｍ的深槽部位进行平抛垫底施工，并在连接段和预进占段进行防渗墙生产性试验，与此同时进行上、下游戗堤预进占施工，于１９９７年７月形成上、下游戗堤口门。９月戗堤恢复进占，１０月２７日上游戗堤形成４０ｍ宽的小龙口，１１月８日顺利合龙。     

降低立堵截流难度的措施研究

该文分析了影响立堵截流难度的各种因素,其中水力因素包括截流落差、截流流量,截流水深等,非水力因素包括抛投材料的物理力学性质和河床面的粗糙程度等;基于各种影响因素介绍了降低立堵截流难度的各项措施,包括提高导流建筑物分流能力、采用双戗堤截流、增强截流块体抗冲稳定性、运用宽戗堤截流、平抛垫底减小水深预防堤头坍塌提高截流安全度等。     

非淹没丁坝下游回流长度及最大回流宽度研究

本文基于二维水深平均水流运动方程组，对一些因素如主回流紊动切应力、主流流速横向分布规律、紊动粘滞系数等作了与前人不同的假设，推导得到了非淹没丁坝下游回流长度及最大回流宽度计算公式，公式计算结果与实测资料进行了对比，研究成果表明：回流长度与坝长、水深、糙度、面积缩窄率，河宽缩窄率有关，最大回流宽度与河宽，面积缩窄率及河宽缩窄率有关，对于矩形河槽，河宽缩窄率等于面积缩窄率，而对于天然河道，两者并不相同。     

双戗堤截流平面流态及其影响研究

双戗堤截流方式要求上下戗堤分担落差以减小截流难度,但实际应用中水力条件常常难以控制而影响落差分配效果。应用CFD数值模拟方法,对概化边界下双戗堤截流过程进行三维试验研究,探讨上下戗堤之间的平面流态对水力条件和落差分配的影响。结果表明：在上戗堤龙口后促使主流转折造成左右岸逆向双回流的平面流态对下戗分担落差很有必要,采用挑流方式可有效地控制这种流态,但挑流设施的位置和尺寸对流态的形成与稳定有影响,而戗堤间距在稳定的双回流流态下对落差及其分配的影响则较小。     

降低立堵截流难度的措施研究

分析了影响立堵截流难度的各种因素;水力因素包括截流落差Z、截流流量Q,截流水深h等,非水力因素包括抛投材料的物理力学性质和河床面的粗糙程度等;基于各种影响因素介绍了降低立堵截流难度的各项措施,包括提高导流建筑物分流能力、采用双戗堤截流、增强截流块体抗冲稳定性、运用宽戗堤截流、平抛垫底减小水深预防堤头坍塌提高截流安全度等。     

丁坝对官地水电站截流影响试验研究

官地水电站位于雅砻江干流下游,其河道截流的成败直接影响到后续工程乃至整个工程的顺利实施.官地水电站采用单戗堤或宽戗堤截流,其水力学指标高、难度大;若采用双戗堤截流,由于上戗堤水舌的影响,下戗堤堤头坍塌严重,截流也难以实施.为此,提出采用丁坝降低截流难度.模型试验表明,丁坝对降低其截流难度作用是明显的.     

阶梯形丁坝下游回流规律分析

阶梯形丁坝在航道整治中应用广泛,其回流规律与船舶通航、坝田淤积及堤岸稳定等系列问题密切相关,但目前研究很少。应用三维水流数学模型研究双级阶梯形丁坝几何尺度及来流条件对回流规律的影响,结果表明:①回流长度随一级丁坝相对长度ε₁及高度ψ₁、二级丁坝相对长度ε₂均呈递增变化趋势,随弗劳德数Fr呈先增大后减小的变化趋势;②回流宽度随ε₁,ε₂和ψ₁变化相对明显,而随Fr变化总体较小;③回流正、负流区宽度比沿程变化曲线总体为上凸状,负流区宽度相对较大,在靠近丁坝部位可达正流区宽度的2.5倍;④回流曲线形态与ε₁,ε₂和ψ₁有关,ε₁和ψ₁主要影响回流曲线长度,ε₂影响回流曲线的整体形态;⑤回流流量一般小于来流量的10%,沿程分布曲线不对称,增流区回流流量变化相对缓慢,而减流区变化相对剧烈。     

深厚覆盖层中局部强透水层对渗流的影响研究

中国西部地区的深厚覆盖层坝基中常存在局部强透水层,其孔隙比大和渗透性强等特点对坝基渗流存在不利影响,是渗流控制中的薄弱环节。基于非饱和土渗流理论,借助有限元软件Seep/w建立数值模型,得出渗流量和坝踵处渗透坡降、出逸坡降,分析强透水层深度、厚度、连续性对渗流场的影响。结果表明:当强透水层深度大于防渗墙时,渗流量和坝踵处渗透坡降随强透水层深度的增大而减小;反之,渗流量则随着强透水层深度的增加而增大,坝踵处渗透坡降先降低后增大。渗流量、坝踵处渗透坡降、出逸坡降皆随着强透水层厚度的增加而增大。渗流量和出逸坡降随着强透水层上游开口长度的增加而增大;坝踵处渗透坡降以上游开口长度50 m为分界线,先增大后降低。渗流量和坝踵处渗透坡降以下游开口长度40 m为分界线,先增大后降低;出逸坡降随强透水层下游开口长度的增加而增大。当防渗墙深度小于55 m时,渗流参数随强透水层底端开口长度的增加而显著增大;当防渗墙深度为60～100 m时,渗流参数仅有较小幅度增大;当采用全封闭式防渗墙时,渗流参数随着底端开口长度的增大反而降低。     

水力插板透水丁坝坝头冲刷坑深度模型试验

为探索水力插板透水丁坝减小坝头冲刷坑深度的最佳设计参数和布置方案,通过改变流量、丁坝挑角、丁坝透水率、丁坝长度进行单因素影响试验,得出坝头冲刷坑深度与各单因素的回归方程。从每组单因素试验结果中选择最佳试验水平,利用L9(34)正交试验设计表设计4因素3水平的正交试验。试验结果表明:4个单因素对水力插板透水丁坝坝头冲刷坑深度的影响从大到小依次为:丁坝透水率、流量、丁坝长度、丁坝挑角;在一定流量条件下,水力插板透水丁坝最佳布置方案的设计参数为丁坝透水率30%、丁坝长度30 cm、丁坝挑角60°。     

不透水边界条件下双层堤基上盖重的渗流计算方法

盖重是堤防工程中最常用也是非常有效的管涌除险措施,对背水侧堤基透水层端部为已知水头边界的情况,已有许多研究成果给出了盖重渗流计算的方法。但是,实际工程中也会碰到背水侧堤基透水层端部为不透水边界的情况,对这种情况下的盖重渗流计算方法尚未见到有研究成果发表。为此,本文针对不透水边界条件下的有限远和无限远双层堤基,推导了弱透水和透水盖重的渗流计算公式,盖重的渗透性可以是任意的,盖重首末端可以取不同的安全系数,同时对影响盖重宽度和厚度的参数进行了讨论,对安全系数的取值以及盖重材料的选用提出了建议。     

考虑地层渗透性各向异性的堤防工程三维防渗结构优化分析

在透水地基上修建长堤防工程,堤基防渗结构的渗控效应直接影响堤防的安全运行。根据岷江干流虎渡溪工程库区长堤防工程地质条件,采用三维渗流分析方法,对堤基高喷防渗墙的布置结构进行优化分析。结果表明：高喷防渗墙可有效降低堤后地下水水位,减小库水向堤后低洼保护区域渗漏,但其渗控效应受防渗结构空间展布长度、深度与渗透性以及地层材料渗透性各向异性的影响。满足低洼保护区域不溢出要求的防渗墙最小展布长度随其布置深度的增大和施工质量的提高而减小,防渗墙渗透系数小于1×10^-5 cm/s并将透水性强的覆盖层截断时,其渗控效应明显,若进一步提升防渗墙质量和布置深度则效果不显著。防渗墙质量的提高对堤防渗控效应的提升受地层材料渗透性各向异性的影响较小,而布置深度增大在渗透性各向异性比较大时对渗控效应与防渗结构优化设计的影响较大。随着地层材料渗透性各向异性比的增大,防渗墙所需最小空间展布长度逐渐增大,由各向同性时的180 m增大到220 m,且当渗透性各向异性比较大时,可能有必要增加防渗墙布置深度。     

新疆某水利枢纽上游围堰渗流数值模拟

通过利用岩土工程仿真计算分析软件GeoStudi02007,对新疆某水利枢纽上游围堰工程进行二维平面渗流分析计算。计算结果表明：当防渗墙深度由17m增加至20m时,围堰渗流量相应减小2．28％;当防渗墙深度由20m增加至25m时,围堰渗流量相应减小4．64％,增加防渗墙深度,对减小围堰渗流量的作用不大;当防渗墙深度为17m时,围堰总渗流量2．836m3／s。围堰下游出逸点附近比降在0．115～0．142范围内。分析计算成果可为围堰的防渗结构优化设计提供参考。     

透水桩坝前冲刷坑深度影响因素探讨

通过模型试验对透水桩坝前冲刷坑深度的影响因素进行研究.受透水桩坝前螺旋环流淘刷,坝前冲刷坑形状为一近乎平行于桩坝的长条状冲坑,与透水桩坝连线方向一致.在来流含沙量及床沙组成不变的情况下,最大冲刷坑深度一般出现在主流顶冲段或稍偏下游部位.透水桩坝的坝前最大冲刷坑深度主要与来流单宽流量、入流角、桩坝透水率等因素有关,其中单宽流量对冲刷坑深度的影响最大.通过试验实测资料进行回归分析,得到最大冲刷坑深度与来流条件之间的无量纲表达式.     

堤防渗流场参数敏感性三维随机有限元分析

采用随机有限元分析方法,研究了长江荆南干堤的三维各向异性非均质稳定随机渗流场中的随机参数和随机边界条件对渗流场模拟结果的影响,并进行敏感性分析.通过统计模拟和假设检验,建立并验证了该干堤渗流场内服从独立正态分布的渗透系数张量;讨论了堤防土层的地质结构特性、堤防渗透变形及破坏的特征、堤防渗透参数的敏感性;研究了上、下游水头随机边界条件、垂直防渗边界条件以及减压(导渗)沟随机特性的敏感性.实现了对渗流场的全面随机模拟和分析,得到的结论通过统计检验,并根据实测工程数据对照证明是可靠的.     

水力插板透水丁坝水流结构随透水率的变化规律研究

为了研究水力插板透水丁坝水流结构随透水率变化的规律,采用ANSYS FLUENT 15. 0,基于RNG k-ε湍流模型,对不同透水率下透水丁坝周围的流场进行三维数值模拟。结果表明,透水丁坝坝体前后压差随透水率的增大逐渐减小,上游坝根处压强最大,坝头下游侧附近压强最小,坝根和坝头部位易发生水毁。回流强度随着透水率的增大逐渐减弱。当透水率达到40%时,回流基本消失,坝后为一个缓流区。不同透水率下水槽同一横断面处流速分布规律相似。随着离丁坝侧河岸距离的增加可划分为流速缓慢增大区、流速迅速增大区和流速稳定区。随着透水率的增大,主流区流速逐渐减小,坝后作用区流速逐渐增大。研究成果能够为透水率这一重要工程设计参数的合理选取提供参考,实际应用中推荐透水率为30%。     

山秀水电站二期截流围堰优化设计与施工

山秀水电站二期截流围堰施工措施优化是根据地形、河床覆盖层及水流情况,采用下游围堰作为截流戗堤,龙口留在下游围堰及围堰内闭气方案.科学地利用一、二期围堰拆、填平衡,在水深13.3 m,导流量486 m3/s,下游围堰轴线长151m的条件下,边抽水边加固闭气体,围堰闭气成功,保证了二期工程的施工按期圆满完成,顺利通过验收.